CN103227195A - 电子部件用层叠布线膜 - Google Patents

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Abstract

提供一种电子部件用层叠布线膜，其在以Cu为主导电层的层叠布线膜中使用了如下覆盖层，所述覆盖层能够确保覆盖层所要求的作为基底层的与基板的密合性、作为保护主导电层的Cu的表面的上层层(保护膜)的耐热性，进而即使经过加热工序也能够维持低电阻值。一种电子部件用层叠布线膜，其为在基板上形成有金属层的电子部件用层叠布线膜，其包含以Cu为主要成分的主导电层、和覆盖该主导电层的至少一面的覆盖层，该覆盖层是原子比的组成式表示为Cu100-X-AlX、20≤X≤60、余量由不可避免的杂质组成的Cu合金。

Description

电子部件用层叠布线膜
技术领域
本发明涉及需要与基板的密合性和加热处理时的耐热性的电子部件用层叠布线膜。
背景技术
在玻璃基板上形成薄膜装置的液晶显示器(以下称为LCD，LiquidCrystalDisplay)、等离子体显示板(以下称为PDP，PlasmaDisplayPanel)、被利用在电子纸等的电泳型显示器等平面显示装置(平板显示器，以下称为FPD，FlatPanelDisplay)中，以及在各种半导体装置、薄膜传感器、磁头等薄膜电子部件中，需要低电阻值的布线膜。例如，LCD、PDP、有机EL显示器等FPD伴随大画面、高清晰、高速响应化，作为其驱动元件而使用的薄膜晶体管(TFT)的布线膜需要电阻值的低电阻化。进而，近年来正在开发在FPD中加入操作性的触摸面板、采用树脂基板或超薄玻璃基板而得到的挠性的FPD等新制品。
近年来，为了对应上述低电阻化的要求，将形成主导电层的材料从Al变更为更低电阻的Cu的研究正在进行。另外，边看着FPD的画面边给予直接的操作性的触摸面板基板画面也进行着大型化，为了实现低电阻化，将Cu用于主导电层的研究正在进行。
此外，用于智能手机或平板PC等的触摸面板的位置检测电极一般使用的是作为透明导电膜的ITO(铟-锡氧化物)。Cu虽然与ITO能够获得导通性，但由于Cu与基板的密合性低，所以需要制成为了确保密合性而以Mo或Mo合金等作为覆盖层的层叠布线膜。
此外，在将用于蚀刻以往的由Mo覆盖层和Al主导电层构成的层叠布线膜时的、含有磷酸和硝酸的蚀刻剂适用于由Mo覆盖层和Cu主导电层层叠而成的层叠布线膜时，存在Cu主导电层快速地被蚀刻而在层叠布线膜产生高度差的情况。在为了抑制该高度差而调整蚀刻剂的浓度时，存在在基板上产生残渣等问题。
对于这样的问题，作为覆盖层提出以下方案：作为确保与以往的Mo同样的与基板的密合性、且能够与主导电层的Cu一起蚀刻的覆盖层，使用在氧气气氛下溅射而形成Cu-Al-Ca合金的膜(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-212465号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1中所提出的覆盖层通过含有1~10原子%的Al、0.1~2.0原子%的Ca并在氧气气氛下溅射，因而是可得到高密合性的Cu合金覆盖层。
然而，在氧气气氛下溅射时，作为与氧气的反应产物的结瘤(nodule)在溅射靶上堆积，有时引起异常放电、发生微粒。并且，溅射腔室内的氧气的流向导致溅射成的覆盖层内卷入的氧量容易存在差别，存在覆盖层的特性、密合性产生偏差这类问题的情况。
另外，由于在FPD的端子部等安装信号线线缆时存在在大气中被加热的情况，所以需要提高层叠布线膜的耐热性。并且，在使用了氧化物的半导体膜中，为了特性提高、稳定化，存在在含有氧气的气氛下以350℃以上的高温进行加热处理的情况。另外，存在在形成含有氧的保护膜后以350℃以上的高温进行加热处理的情况。要求即使在这样与氧接触的环境下经过加热处理后也能够维持作为层叠布线膜而稳定的特性。
另一方面，对于上述专利文献1中公开的在氧气气氛下溅射而成的Cu-Al-Ca合金覆盖层，由于导入了氧，所以耐热性并不充分满足上述要求，有可能在覆盖时氧扩散、主导电层的Cu的电阻值增加。
本发明的目的在于，提供一种电子部件用层叠布线膜，其在以Cu为主导电层的层叠布线膜中使用了覆盖层，所述覆盖层能够确保覆盖层所要求的作为基底层的与基板的密合性、作为保护主导电层的Cu的表面的上层膜(保护层)的耐热性，即使经过加热工序也能够维持低电阻值。
用于解决问题的方案
鉴于上述课题，本发明人发现通过设置在Cu中添加规定量的Al而成的金属层作为覆盖层，能够确保与基板的密合性，也能够抑制作为主导电层的Cu的氧化，从而完成了本发明。
即，本发明是一种电子部件用层叠布线膜的发明，其为在基板上形成有金属层的电子部件用层叠布线膜，其包含以Cu为主要成分的主导电层、和覆盖该主导电层的至少一面的覆盖层，该覆盖层是原子比的组成式表示为Cu100-X-AlX、20≤X≤60、余量由不可避免的杂质组成的Cu合金。
优选前述覆盖层为基底层。
另外，优选前述覆盖层为保护层。
另外，更优选前述覆盖层为基底层和保护层。
本发明中，优选前述组成式的X为25≤X≤35。
发明的效果
对于将本发明的Cu合金作为覆盖层而得到的电子部件用层叠布线膜，通过通常的溅射就能够稳定且容易地成膜而不需要使用在特殊的氧气气氛下溅射的方法等。并且，本发明的覆盖层在作为基底层形成时能够确保与基板的密合性，进而，其作为基底层和保护层形成时能够提高耐热性，即使经过加热工序后也能够维持低电阻值。
综上所述，本发明是通过用于各种电子设备、例如FPD等的布线膜中，从而对电子部件的稳定制造、可靠性提高有很大贡献的有用的技术。尤其是对触摸面板、采用树脂基板的挠性的FPD非常有用的层叠布线膜。
附图说明
图1为本发明的电子部件用层叠布线膜的截面示意图。
附图标记说明
1基板
2覆盖层(基底层)
3主导电层
4覆盖层(保护层)
具体实施方式
将本发明的电子部件用层叠布线膜的截面示意图示出在图1中。本发明的电子部件用层叠布线膜包含用以覆盖以Cu为主体的主导电层3的至少一面的覆盖层，例如在基板1上形成。图1中是在主导电层3的两面形成覆盖层2、4，但也可只覆盖基底层2或保护层4中任意一面，可进行适当选择。此外，在用本发明的覆盖层仅覆盖主导电层的一面的情况下，主导电层的另外一面可根据电子部件的用途，由与本发明不同的组成的覆盖层来覆盖。
本发明的重要特征在于，发现在图1所示的电子部件用层叠布线膜的覆盖层中，通过相对于Cu添加特定量的Al，从而提高与基板的密合性、并且提高耐热性，即使经过加热工序也能够维持低电阻值。以下详细说明本发明的电子部件用层叠布线膜。
需要说明的是，以下说明中“密合性”是指与处于层叠布线膜的下层的基板的剥离难易度。另外“耐热性”是指在高温环境下的层叠布线膜的氧化、覆盖层的Al扩散到主导电层而导致引起层叠布线膜的电阻值增加的难易度。
作为本发明的电子部件用层叠配膜的覆盖层使用在Cu中添加特定量的Al而得到Cu合金，其理由是因为将其作为主导电层的基底层使用时的与基板的密合性提高。Cu为与玻璃基板等氧化物的密合性低的元素。本发明人发现通过在Cu中添加特定量的Al，能够大幅度地改善密合性。在Cu中添加20原子%的Al时该效果明显，添加25原子%以上的Al时该效果饱和。
另外，主导电层的Cu层在大气中加热时氧化、有电阻值大大增加的情况。通过形成由本发明的Cu合金构成的覆盖层作为主导电层的保护层，从而防止主导电层的表面与大气直接接触，能够抑制主导电层的Cu层氧化所导致的电阻值的增加。在Cu中添加15原子%以上的Al时该效果明显。
表现出该效果的理由尚未明确，但推断在通过溅射将本发明范围内的Cu合金作为覆盖层形成时不形成柱状晶，所以可抑制氧的扩散。
另外，作为将在Cu中添加特定量的Al而成的覆盖层作为基底层或保护层形成时共通的问题，Al为在Cu中易热扩散的元素，如果在Cu中Al的添加量超过60原子%时，在制造FPD等电子部件时的加热工序中，形成覆盖层的Cu合金中的Al容易扩散到主导电层的Cu中，存在变得难以维持低电阻值的问题。因此，形成覆盖层的Cu中的Al的添加量设为60原子%以下。
由以上情况来看，为了确保密合性和耐热性，形成覆盖层的Cu中的Al的添加量设为20~60原子%。
另外，将在主导电层上形成覆盖层而得到的层叠布线膜在高于250℃的温度下进行加热时，覆盖层中含有的Al容易进一步扩散到主导电层的Cu中，为了维持更低的电阻值，优选Al的添加量设为35原子%以下。进而为了确保高密合性和高耐热性，更优选Al的添加量设为25~35原子%。
本发明的电子部件用层叠布线膜中，为了稳定地得到低电阻值，优选作为主导电层的Cu的膜厚为100~1000nm。这是因为，主导电层的膜厚比100nm更薄时，因薄膜特有的电子的散射的影响，电阻值变得容易增加。另一方面，膜厚比1000nm更厚时，为了成膜而花费时间、或因膜应力使基板变得容易发生翘曲。
此外，以Cu为主要成分的主导电层在能够获得最低的电阻值这方面来看纯Cu是优选的。需要说明的是，考虑到耐热性、耐腐蚀性等可靠性，也可使用在Cu中添加有过渡金属、半金属等的Cu合金。此时作为主导电层，为了得到尽可能低的电阻值，优选在Cu中添加的元素量为5原子%以下。
另外，在本发明的电子部件用层叠布线膜中，为了稳定地得到低电阻值和高密合性、高耐热性，优选覆盖层的Cu合金层的膜厚为5~100nm。这是因为，在作为基底层使用时的膜厚小于5nm时，覆盖层的连续性变低，不能充分确保密合性。为了能够更稳定、均匀地成膜，覆盖层更优选为10nm以上。
另外，在作为保护层使用时的膜厚优选为20nm以上，在250℃以上的更高温下进行加热时，更优选为30nm以上。其理由是需要通过覆盖层充分地抑制氧气的侵入。
为了抑制氧气的侵入，覆盖层的膜厚越厚越优选，但超过100nm时，因为如果总厚度为一定的条件下将覆盖层的厚度增厚，那么主导电层的厚度则变薄，所以导致主导电层和覆盖层合在一起的膜总体的电阻值变高，难以在与主导电层层叠时获得低电阻值。此外，电子部件用层叠布线膜在300℃以上进行加热的情况下，为了抑制覆盖层中的Al向主导电层的Cu发生原子扩散所导致的电阻值的增加，覆盖层的膜厚优选为50nm以下。
本发明的电子部件用层叠布线膜即使在将树脂薄膜基板、超薄玻璃基板等用作基板而构成的情况下，也能够充分维持保护主导电层的Cu的效果。
另外，为了得到FPD的大画面化、高速驱动，在TFT制造工序中的加热温度有上升的倾向。本发明的电子部件用层叠布线膜通过在主导电层的Cu上形成由Cu合金构成的覆盖层，从而具有优异的耐热性，所以能够抑制向主导电层的Cu的热扩散，维持低电阻值。
为了形成本发明的电子部件用层叠布线膜，优选的是采用溅射靶的溅射法。作为溅射法，优选使用与主导电层和覆盖层的组成同样的Cu或Cu合金的溅射靶成膜的方法。本发明由于不必在氧气气氛等特殊的气氛下就能够进行通常的溅射，因此抑制结瘤在溅射靶上的堆积，能够防止异常放电，不发生微粒，能够稳定且容易地成膜。
为了形成本发明的电子部件用层叠布线膜的覆盖层，通过使用含有20~60原子%的Al、余量由Cu和不可避免的杂质组成的Cu合金溅射靶，能够稳定地形成覆盖层。
另外，如上所述，为了作为覆盖层得到与基板的高密合性和耐热性，优选Cu合金溅射靶中含有的Al为25~35原子%。
此外，作为上述的Cu合金溅射靶材的制造方法，可通过以下方法制造：将调配为规定组成的原料熔融-铸造而制成的铸锭进行机械加工来制造溅射靶材；将雾化Cu合金的粉末或粉碎铸锭得到的粉末进行烧结。关于制造方法，可根据溅射靶材的大小形状适当选择能够廉价且稳定制造的方法。
在本发明的电子部件用层叠布线膜的覆盖层的Cu合金层中，为了确保作为基底层使用时的与基板的密合性、作为保护层使用时的耐热性，优选除必需元素Al和占剩余部分的Cu以外的不可避的杂质的含量少。但是在不损害本发明的作用的范围内可以含有作为气体成分的氧、氮、碳、作为过渡金属的Fe、半金属的Si等不可避的杂质。例如，气体成分的氧、氮分别为1000质量ppm以下，碳为200质量ppm以下，Fe为500质量ppm以下，Si为100质量ppm以下等，优选除气体成分外的纯度为99.9%以上。
实施例1
首先，制作用于形成成为覆盖层的Cu合金层的溅射靶材。按照表1所示的规定的组成称量，然后利用真空熔化炉进行熔融、铸造，制作Cu合金的铸锭。然后通过机械加工将各铸锭制作出直径100mm、厚度5mm的溅射靶材。
此外，用于形成主导电层的Cu溅射靶材是从日立电线株式会社制造的无氧铜(OFC)材料切出而制作。此外，Al溅射靶材使用住友化学株式会社制造的溅射靶材。
将通过上述制作而得到的各溅射靶材与Cu制的垫板钎焊，并安装到ULVAC,Inc.制造的型号：CS-200的溅射装置。
在25mm×50mm的玻璃基板上使用准备好的各溅射靶材，将覆盖层的Cu合金层和主导电层的Cu层按照图1所示的结构分别以表1所示的膜厚通过溅射法形成，得到电子部件用层叠布线膜。此外，为了比较，同样形成纯Cu的单层、Al和Cu的层叠膜、Mo和Al的层叠膜。
密合性的评价是对各层叠布线膜按照以JISK5400规定的方法来实施。首先，在上述各层叠布线膜上贴上Sumitomo3MLimited制造的透明粘合带(制品名：透明美色)，以2mm间隔切入棋盘格状的划痕，剥离透明粘合带，由电子部件用层叠布线膜剩下的格子数求出整体的百分数进行评价。其结果示出在表1中。
耐热性的评价是在大气中以150℃、200℃、250℃、300℃、350℃对各电子部件用层叠布线膜加热1小时后的电阻值的变化进行测定的。电阻值使用三菱油化株式会社(现为株式会社ダイヤインスツルメンツ)制造的4端子薄膜电阻率测定器、型号：MCP-T400进行测定。其结果示出在表1中。
表1
Figure BDA00002801479100101
如表1所示，未形成覆盖层的比较例的试样No.1的密合性低，在大气中加热时在250℃以上发生氧化，不能得到导通，无法测定电阻值。另外，在比较例的形成有Cu中添加3原子%的Al而成的覆盖层的试样No.2中，与试样No.1同样，密合性低，在250℃以上发生氧化，不能得到导通，无法测定电阻值。另外，在比较例的形成有Cu中添加15原子%的Al而成的覆盖层的试样No.3中也确认到密合性差。另外，比较例的作为覆盖层形成有Al的覆盖层的试样No.10虽然可确认到密合性优异，但加热到250℃以上时电阻值大幅度地上升，耐热性差。
与此相对，形成有Cu中以本发明的范围内添加Al而成的覆盖层的试样No.4~No.8的电子部件用层叠布线膜，可确认到与基板的密合性高达90%以上，在Al添加量为25原子%以上时具有完全未剥离的充分的密合性，在其以上的添加量也能同样确保高密合性。
另外，本发明的电子部件用层叠布线膜，可确认到即使加热到250℃以上的情况下电阻值也没有较大变化，还具有能够抑制主导电层的Cu的氧化的作为保护层的高耐热性。
通过X射线衍射法观察作为比较例的具有Cu中添加15原子%的Al而成的覆盖层的试样No.3的电子部件用层叠布线膜的结构，其结果是，主要确认到Cu的衍射线，可确认Cu合金层为与Cu同样的结晶质。
与此相对，在作为本发明例的具有Cu中添加25原子%的Al而成的覆盖层的试样No.5的电子部件用层叠布线膜的情况下，除Cu的衍射线以外在低角区域可确认不显示明确的峰的宽的与非晶质接近的衍射线，推测Cu合金层为与非晶质接近的结构。由该结果可认为，通过Cu合金层为与非晶质接近的结构，从而晶界减少，抑制氧向主导电层Cu的进入，防止氧化所以维持低电阻值。
实施例2
接着，进行蚀刻性的评价。使用关东化学株式会社制造的Cu用蚀刻剂Cu-02，仅在通过实施例1中在基板上制作而得到的电子部件用层叠布线膜上的一半面积上涂布光致抗蚀剂并使其干燥，浸渍于蚀刻剂液中，对未涂布部分进行蚀刻。浸渍时间设为目测蚀刻结束后保持10秒钟，未溶解的样品最长设为5分钟。
从蚀刻剂中提起的基板用纯水洗涤并使其干燥，用光学显微镜观察溶解部分和涂布了抗蚀剂的未溶解部分的分界线附近。将其结果示出在表1中。
作为比较例的试样No.10的Al在Cu用蚀刻剂中不溶解。此外，作为比较例的试样No.7~No.9中，可确认到在未溶解部分产生高度差、或产生残渣。
与此相对，本发明例中，尤其可确认到在Al添加量到达35原子%为止具有良好的蚀刻性，在Al添加量到达60原子%为止既没有高度差、也没有残渣，蚀刻性良好。
实施例3
使用在实施例1中制作而得到的表2所示的各溅射靶，在与实施例1同样的条件下在100mm×100mm的聚酰亚胺薄膜上形成电子部件用层叠布线膜。将各电子部件用层叠布线膜卷绕在直径10mm的玻璃管上，用橡胶制的刮板将宽度25mm的Sumitomo3M Limited制造的透明粘合带(制品名：透明美色)贴合到电子部件用层叠布线膜的表面并注意不残留气泡，以斜度45°的角度剥离，从而进行密合性的评价。其结果示出在表2中。
表2
Figure BDA00002801479100131
如表2所示，在作为比较例的试样No.16的Al膜中，可确认到到处发生膜剥离。与此相对，在作为本发明例的试样No.12~No.15的电子部件用层叠布线膜中，可确认到未发生膜剥离，即使在薄膜上也具有高密合性。

Claims (5)

1.一种电子部件用层叠布线膜，其特征在于，为在基板上形成有金属层的电子部件用层叠布线膜，其包含以Cu为主要成分的主导电层、和覆盖该主导电层的至少一面的覆盖层，该覆盖层是原子比的组成式表示为Cu100-X-AlX、20≤X≤60、余量由不可避免的杂质组成的Cu合金。
2.根据权利要求1所述的电子部件用层叠布线膜，其特征在于，其中，所述覆盖层为基底层。
3.根据权利要求1所述的电子部件用层叠布线膜，其特征在于，其中，所述覆盖层为保护层。
4.根据权利要求1所述的电子部件用层叠布线膜，其特征在于，其中，所述覆盖层为基底层和保护层。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的电子部件用层叠布线膜，其特征在于，其中，所述组成式的X为25≤X≤35。
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